高原低氧環(huán)境下睡眠障礙及對認知功能影響研究進展

李倉霞(綜述) 楊來啟(審校)

近年來高原醫(yī)學有關(guān)高原缺氧環(huán)境下睡眠障礙研究取得了長足的進展,從臨床和基礎(chǔ)二方面研究了高原缺氧環(huán)境下睡眠障礙的表現(xiàn)、對心理、行為及認知功能的影響、神經(jīng)電生理變化及對重要臟器的影響,提出了相應(yīng)的干預(yù)措施,特作如下綜述。

1 高原缺氧環(huán)境下睡眠障礙的研究方法

1.1 高原缺氧環(huán)境下睡眠障礙的研究多采用匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)(PSQ I)量表和多導睡眠臨測儀監(jiān)測兩種方法。匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)量表由于19個自評和5個他評條目構(gòu)成,其中第19個自評條目和5個他評條目不參與計分,18個條目組成7個成份,分別為主觀睡眠質(zhì)量,入睡時間、睡眠時間、睡眠效率、睡眠障礙、睡眠藥物、日間功能障礙,每個成份按0～3等級計分,累計得分為 PSQ I總分,總分范圍0～21分,得分越高,睡眠質(zhì)量越差[1]。

1.2 多導睡眠監(jiān)測 多導睡眠監(jiān)測包括了心電、腦電、呼吸、肌電、眼動、血氧飽和度,根據(jù)腦電圖(EEG)、眼動圖(EOG)、還有某些骨骼肌如下頜肌的肌電圖(EMG)來進行睡眠分期,將睡眠分為快速眼動睡眠(REM)和非快速眼動睡眠(NREM),進一步分為NREM 1期,NREM 2期、NREM 3期[2],目前對快速眼動睡眠剝奪方面的基礎(chǔ)研究較多。

1.3 睡眠腦電圖 腦電圖在清醒和睡眠時有不同變化,各有其特征。

1.4 其他方法 自測分健康評定量表、睡眠個人信念和度量表(DBAS)、世界衛(wèi)生組織生存質(zhì)量測定量表(WHOQOLBREF)

2 高原缺氧環(huán)境下睡眠障礙的臨床表現(xiàn)

2.1 對睡眠呼吸的影響

有人研究了高原低氧環(huán)境急性暴露36 h對睡眠呼吸的影響,發(fā)現(xiàn)均存在睡眠性低氧血癥,不同程度的周期性呼吸,睡眠時間、平均SaO2、最低SaO2均較平原時顯著下降,呼吸暫停低通氣指數(shù)(apnoea hypopnoea index,AH I)、覺醒指數(shù)(arousal index,A I)顯著增加,高原睡眠時呼氣末CO2顯著低于平原睡眠時[3]。高原睡眠時普遍存在低氧血癥,并且隨著海拔高度的增加,SaO2進一步下降[4];低氧血癥導致了中樞的不穩(wěn)定性,產(chǎn)生呼吸波動導致周期性呼吸的發(fā)生,周期性呼吸發(fā)生的時間與低氧性的過度通氣的時間呈正相關(guān)[5、6];高海拔睡眠呼吸暫停為在高原環(huán)境由于低氧血癥導致的高通氣,可使呼吸加深、加快,肺通氣量顯著增加,PaCO2顯著下降,出現(xiàn)呼吸性堿中毒,抑制呼吸中樞導致呼吸暫停,呼吸暫停又使 PaCO2上升,促使呼吸恢復(fù),周而復(fù)始,呈現(xiàn)周期性呼吸,高原周期性呼吸的特點是3～4次的深呼吸,接著約有10s的呼吸暫停。Przybylow ski等對在海拔3800～4200 m工作的金礦工人回到海拔2000 m時的睡眠研究時發(fā)現(xiàn),他們的血氧含量升高后,睡眠時出現(xiàn)的周期性呼吸減少,睡眠質(zhì)量明顯改善[7]。這也從另一方面說明高原低氧是睡眠呼吸紊亂的主要原因。缺氧能擾亂人的生物節(jié)律[8]。

2.2 對睡眠質(zhì)量的影響

高海拔地區(qū)夜間睡眠時微覺醒指數(shù)較低海拔地區(qū)明顯增多[9],Hanson等發(fā)現(xiàn)在低氧環(huán)境中肌肉交感神經(jīng)發(fā)放沖動明顯增多,導致睡眠時肌肉仍處于輕度緊張狀態(tài),從而產(chǎn)生不舒服的感覺,睡眠質(zhì)量下降[10]。劉曉秋研究發(fā)現(xiàn)青海武警官兵睡眠質(zhì)量差者占36.24%,在PSQ I各成份得分≥2分者中,以入睡時間為最高,有47.7%武警官兵存在入睡困難,其次是日間障礙,有34.68%的官兵有日間困倦或精力不足,第三為睡眠時間,睡眠時間不足6 h的占了總?cè)藬?shù)的22.67%[11]。李強等的研究發(fā)現(xiàn)進藏未超過3個月的戰(zhàn)士,其PSQ I總分為9.6,明顯高于平原士兵的 PSQ I總分,說明西藏高原特殊的地理環(huán)境和氣候條件,如空氣稀薄、氣壓低、氧分壓低、氣溫低、晝夜溫差大,太陽輻射強等會對睡眠質(zhì)量造成一定影響[12]。

2.3 對睡眠結(jié)構(gòu)的影響

在高原睡眠研究中30名志愿者與其在平原的多導睡眠檢測結(jié)果比較,均出現(xiàn)了睡眠紊亂,主要表現(xiàn)為睡眠結(jié)構(gòu)的改變,NREM睡眠中Ⅰ、Ⅱ期睡眠增加,尤以Ⅱ期睡眠增加更明顯,Ⅲ、Ⅳ期深睡眠的減少,REM睡眠減少,甚至部分人無Ⅳ期睡眠,由于作為核心睡眠的慢波睡眠比率下降,入睡后醒覺次數(shù)及睡眠期轉(zhuǎn)換次數(shù)增加,睡眠的連續(xù)性遭到嚴重破壞,睡眠質(zhì)量差,導致工作效率、警覺性下降[3]。

2.4 其他影響睡眠的因素

除了高原缺氧的環(huán)境外,還有一些因素可影響睡眠,其中包括(1)進駐高原的時間:急進暴露高原36 h的志愿者均存在睡眠性低氧血癥,不同程度的周期性呼吸,總睡眠時間、平均SaO2較平原時顯著下降,睡眠結(jié)構(gòu)亦發(fā)生紊亂[3]。采用匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù)(PSQ I)量表研究發(fā)現(xiàn):習服組人員(進藏未超過3個月)與適應(yīng)組人員(在西藏服役1年以上)相比,PSQ I得分有顯著統(tǒng)計學差異[12];(2)娛樂、工作、生活壓力、情緒:娛樂是一個顯著性因素,可緩解焦慮及憂郁情緒,從而提高睡眠質(zhì)量;對工作前景的擔憂、對所從事工作的滿意度和工作壓力均是造成睡眠障礙的主要因素;情緒與睡眠質(zhì)量的相關(guān)性最密切,學習壓力、人際關(guān)系則都會引發(fā)不良情緒的產(chǎn)生,導致睡眠質(zhì)量下降[11]。

3 對認知的影響

很多研究表明,居住在高海拔的人們存在著嚴重的睡眠紊亂,腦力活動可發(fā)生衰退,其變化程度與海拔高度和在高原停留時間的長短有很大關(guān)系[13-14]。國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)在西藏高原居住時間超過一年以上的官兵,不同睡眠質(zhì)量的官兵其認知情況的得分差異無統(tǒng)計學意義;進藏未超過三個月的戰(zhàn)士,不同PSQ I得分的官兵其認知各個因子的得分差異有統(tǒng)計學意義[15]。這可能是由于新入藏的官兵對缺氧有一個適應(yīng)過程,而長期駐藏的人員對高原缺氧已經(jīng)習服。高原缺氧對認知功能的影響具體表現(xiàn)為注意廣度和注意轉(zhuǎn)移能力下降,短時記憶力下降,復(fù)雜思維判斷力下降,思維下降[16,17]。楊國愉等研究發(fā)現(xiàn)不同海拔各認知作業(yè)完成率均顯示顯著差異、除選數(shù)測驗外,進入高原不同時間各認知作業(yè)完成率均有顯著差異、各認知作業(yè)完成率,不同軍事作業(yè)階段,選數(shù)測驗有顯著差異,連續(xù)計算和符號認知有非常顯著的差異;各認知任務(wù)的作業(yè)正確率,不同海拔、進入高原不同時間、不同軍事作業(yè)階段均有非常顯著的差異。并得出結(jié)論:高原環(huán)境對軍人認知功能產(chǎn)生明顯影響,這種影響與海拔高度、進入高原時間與軍事作業(yè)狀態(tài)均有明顯關(guān)系[18]。

蔣春華等利用視聽整合連續(xù)測試系統(tǒng)對青年志愿者研究,發(fā)現(xiàn)移居高原者聽覺注意力速度商數(shù)、視覺注意力速度商數(shù)顯著低于平原居住者,提示移居高原可以對人視聽覺注意力方面的認知功能產(chǎn)生損害作用[19]。認知過程信息處理速度的下降是缺氧引起腦功能受損時反應(yīng)速度下降的最主要原因[20]。國外研究結(jié)果表明,缺氧對視覺和聽覺的影響,主要是與缺氧時信息處理的預(yù)處理階段的信息處理速度下降有關(guān)[21,22]。曹雪亮等對高原低氧條件下45h睡眠剝奪對工作記憶的影響發(fā)現(xiàn),睡眠剝奪45 h后正常清醒情況下高原和平原相比,被試的測驗基礎(chǔ)值成績無論是正確率還是反應(yīng)時均不存在顯著性差異常;字母內(nèi)容匹配任務(wù)高原條件下各時間點測量值同基礎(chǔ)值相比,除前2個時間點和第7個時間點外,其余各時間點均達差異顯著性水平,而字母位置匹配任務(wù)測試結(jié)果為高原條件下各時間點商量值同基礎(chǔ)相相比,除前2個時間點外,其余各時間點均達差異顯著性水平;并推測其原因是兩種工作記憶任務(wù)中的字母編碼加工深度不一,字母內(nèi)容匹配任務(wù)對字母編碼的加工要深于字母位置匹配任務(wù),因為前者涉及字母的形狀和意義,而后者僅涉及字母的位置[23]。高原低氧環(huán)境下被試完成相同的認知任務(wù)需要更多的腦力資源。

由于高原缺氧主要影響較復(fù)雜的作業(yè)能力,提示初進高原后不宜安排復(fù)雜作業(yè)任務(wù),可通過平時訓練,增強熟練程度減少差錯,可通過娛樂活動、建立良好的人際關(guān)系、緩解工作和生活壓力來改善睡眠質(zhì)量,從而提高認知功能,目前缺乏高原缺氧環(huán)境下睡眠障礙及認知障礙的基礎(chǔ)研究,對其發(fā)病機制尚不清楚,也缺乏相應(yīng)的干預(yù)措施,有待進一步研究。

1 汪向東,王希林,馬 弘.匹茲堡睡眠質(zhì)量指數(shù).心理衛(wèi)生評定量表手冊.北京:中國心理衛(wèi)生雜志社出版,1999.12

2 王菡僑.有關(guān)美國睡眠醫(yī)學學會睡眠分期的最新判讀標準指南解析.診斷學理論與實踐,2009,8(6):575.

3 潘 磊,許文兵.高原低氧環(huán)境對睡眠的影響.中日友好醫(yī)院學報,2007,21(5):262-265.

4 Wada K,M izuguchi Y,Waw aY.Hyperlipidaemia lack of sleep and smoking as risk factors for p roteinuria among high altitudemountain trekkers.Nephrology(Carlton),2006,11(2):131-136.

5 Kinsman TA.Sleep disturbance at simulated altitude indicatedby stratified respiratory disturbance index but not hypoxicventilatory response.Eur J Appl Physiol,2005,94(5-6):569-575.

6 Weil JV.Sleep at high altitude[J].High A lt M ed Biol,2004,5(2):180-189.

7 Przybylow ski T,Ashirbaev A,Le Roux J,et al.Effect of 2000 m descent simulated in a hyperbaric chamber on arterial blood oxygensaturation and sleep quality in workersof a gold mine situated at analtitude of 3800-4200 m above sea level.Pneumonol Alergol Pol,2003,71(7-8):314-319.

8 Bosco G,IonadiA,Panico S,et al.Effects of hypoxia on the circadian patterns in men.High Alt Med Biol,2003,4(3):305-318.

9 閆俊強,楊金升,王為民,等.缺氧對急進高原外訓官兵睡眠狀況的影響.第四軍醫(yī)大學學報,2008,29(5):428-430.

10 Hansen J,Sander M.Sympathetic neural overactivity in healthy humans after p rolonged exposure to hypobaric hyoxia.J Physiol,2003,546:921-929.

11 劉曉秋,解亞寧,韓婷婷,等.青海高原武警官兵睡眠質(zhì)量及社會學影響因素分析.中國行為醫(yī)學科學,2006,15(7):635-636.

12 李 強,楊全玉,王向陽,等.不同時間進藏部隊人員睡眠質(zhì)量和認知功能的調(diào)查研究.中國實用神經(jīng)疾病雜志,2010,13(4):1-3.

13 Rupert JL,Hochachka PW.The evidence fo r hereditary fac-to rs contributing to high altitude adap tation in anden n-atives:a review.High altMed Biol,2001,2(2):235-256.

14 Bonnon M,Noel Jo rand MC,Therme P.Criteria fo r psychologicaladap tation to high-altitude hypoxia.Percep t Mot Skills,1999,89(1):3-18.

15 李 強,王向陽,劉詩翔,等.長短期進藏官兵睡眠質(zhì)量與認知功能的研究.醫(yī)藥論壇雜志,2010,31(4):7-10.

16 Pelamatti G,Pascotto M,Semenza C.Verbal f ree recall in high altitude:Proper names vs common names.Cortex,2003,39(1):97-100.

17 Bolmont B ,Thullier F ,Abraini J H1.Relationships between mood states and perfo rmances in reaction time,psychomoto r ability,and mental efficiency during a 31-day gradual decomp ression in a hypobaric chamber f rom sea level to 8848 m equiva lent altitude.Physiol Behav,2000,71(5):469-476.

18 楊國愉,馮正直,秦愛粉,等.高原訓練期間軍人認知功能的追蹤研究.第四軍醫(yī)大學學報,2005,26(3):272-275.

19 蔣春華,劉福玉,崔建華,等.移居高原對視聽覺認知功能的影響.西南國防醫(yī)藥,2009,19(10):969-971.

20 SINGH SB,THAKUR L,ANAND J P,et al.Effect of high altitude(HA)on event related brain potentials.Indian J Physiol Pharmacol,2003,47(1):52-58.

21 FOWLER B,NA THOO A.Slow ing due to acute hypoxia o riginates early in the visual system.Aviat Space Environ Med,1997,68(10):886-889.

22 BEACH C,FOWLER B.Evidence that the slow ing caused by acute hypoxia ismodality dependent.Aviat Space Environ Med,1998,69(9):887-891.

23 曹雪亮,苗丹民,皇甫恩,等.高原低氧條件下45h睡眠剝奪對工作記憶的影響.中國行為醫(yī)學科學,2005,14(1):44-46.